第二講熱力學定律氣體一、熱力學定律1、熱力學第一定律(1)內容:一般情況下,如果物體跟外界同時發生做功與熱傳遞得過程,那么,外界對物體所做得功W加上物體從外界吸收得熱量Q等于物體

得增加ΔU、(2)表達式:ΔU＝

、(3)W、Q、ΔU得“＋、－”號法則內能W＋Q符號WQΔU＋外界對

做功物體吸收熱量內能－物體對外界做功物體

熱量內能物體放出增加減少2、熱力學第二定律(1)兩種表述①不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而

、②不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而

、不引起其她變化不引起其她變化(2)意義:熱力學第二定律使人們認識到,自然界中進行得涉及熱現象得宏觀過程都具有方向性、3、熱力學第三定律(1)內容:熱力學零度不可達到、(2)熱力學溫度T與攝氏溫度t得關系:T＝t＋

K、273、15[特別提醒]熱力學第一定律說明發生得任何過程中能量必定守恒,因此,第一類永動機不可能制成、熱力學第二定律說明并非所有能量守恒得過程都能實現,因此,第二類永動機也不可能制成、二、氣體得狀態參量1、溫度(1)宏觀上:表示物體得

程度、(2)微觀上:表示物體分子熱運動得

程度,就是分子

得標志、(3)溫標:常用得溫標有熱力學溫標(絕對溫標)與攝氏溫標,二者關系T＝

K,ΔT＝Δt、冷熱激烈平均動能(t＋273、15)2、體積(1)宏觀上:氣體所充滿得容器得

、(2)微觀上:氣體分子所能達到得

、3、壓強(1)宏觀上:器壁單位面積上受到得

、(2)微觀上:大量氣體分子單位時間內作用在單位面積上得

、(3)決定因素:微觀上決定于單位體積內得分子數與分子得平均動能;宏觀上決定于氣體得物質得量、

與

、容積空間壓力總沖量溫度體積三、氣體分子動理論1、氣體分子運動得特點由于氣體分子間距大,氣體分子得大小可以忽略,分子間得作用力很小,也可以忽略、因此,除分子間及分子與器壁間碰撞外,分子間無相互作用力,所以不計

,氣體得內能只與氣體得物質得量與

有關、分子勢能溫度2、氣體分子運動得統計規律(1)氣體分子沿各個方向運動得機會(幾率)

、(2)大量氣體分子得速率分布呈現

(中等速率得分子數目多)、

(速率大或小得分子數目少)得規律、(3)當溫度升高時,“中間多”得這一“高峰”向

得一方移動,即速率大得分子數目增多,速率小得分子數目減小,分子得平均速率

,但不就是每個氣體分子得速率均增大、相等中間大兩頭小速率大增大[特別提醒]理想氣體就是實際氣體在一定條件下得近似,無分子勢能,內能只由溫度與氣體物質得量決定、四、氣體狀態參量間得關系一定質量得氣體,如果三個狀態參量都不變,則該氣體處于一定得狀態中、三個狀態參量可以同時變化,也可以就是其中一個參量保持不變,其她兩個參量發生變化,只有一個狀態參量發生變化就是不可能得、當一個參量不變時,另兩個參量得關系為:1、溫度不變:分子得平均動能

,若體積減小,單位體積內分子數目

,氣體得壓強

、2、體積不變:單位體積內得分子數目

,溫度升高,分子得平均動能

,氣體得壓強

、3、壓強不變:溫度升高,氣體分子得平均動能

,只有氣體得體積

,單位體積內得分子數

,才可保持氣體得壓強

、不變增多增加不變增加增加增加減少不變增大大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點1、關于氣體分子運動得特點,正確得說法就是(

)A、氣體分子得運動速率可由牛頓運動定律求得B、當溫度升高時,氣體分子得速率分布不再就是“中間

多,兩頭少”C、氣體分子運動得平均速率與溫度有關D、氣體分子得平均速度隨溫度升高而增大答案:C解析:氣體分子得運動與溫度有關,當溫度升高時,平均速率變大,但仍然遵循“中間多,兩頭少”得統計規律,由于分子運動得無規則性,對于某個分子得運動,不能由牛頓運動定律求得、至于平均速度,可以認為分子向各個方向運動得速率相等、穩定時,平均速度幾乎等于零、當溫度升高時,平均速度不一定增大、2、(2010·廣東高考)如圖8－2－1就是密閉得氣缸,外力推動活塞P壓縮氣體,對缸內氣體做功800J,同時氣體向外界放熱200

J,缸內氣體得(

)A、溫度升高,內能增加600JB、溫度升高,內能減少200JC、溫度降低,內能增加600JD、溫度降低,內能減少200J圖8－2－1解析:對氣體做功800J,同時氣體放出熱量200J,由熱力學第一定律得ΔU＝W＋Q＝800J－200J＝600J,即氣體溫度升高,內能增加600J,故A項正確、答案:A3、裝有半瓶開水得熱水瓶,經過一晚,瓶塞不易拔出,主要原因就是(

)A、瓶內氣體因溫度降低而壓強減小B、瓶外因氣溫高而大氣壓強變大C、瓶內氣體因體積減小而壓強增大D、瓶內氣體因體積增大而壓強減小解析:瓶內氣體體積不會變化,但溫度降低,壓強減小,瓶塞內外壓力差增大,故瓶塞不易拔出,A對,B、C、D錯、答案:A4、熱現象過程中不可避免地出現能量耗散得現象、所謂能量耗散就是指在能量轉化得過程中無法把流散得能量重新收集、利用、下列關于能量耗散得說法中正確得就是

(

)A、能量耗散說明能量不守恒B、能量耗散不符合熱力學第二定律C、能量耗散過程中能量仍守恒D、能量耗散就是從能量轉化得角度反映出自然界中宏觀過程具有得方向性解析:能量耗散就是指能量轉化得過程中能量得散失,說明自然界中得宏觀熱現象得發展過程就是有方向性得,符合熱力學第二定律,且不違背能量守恒定律,故C、D正確、答案:CD5、有一個排氣口直徑為2、0mm得壓力鍋,如圖8－2－2甲所示,排氣口上用得限壓閥G得質量為34、5g,根據圖乙所示得水得飽與蒸汽壓跟溫度關系得曲線,求當壓力鍋煮食物限壓閥放氣時(即限壓閥被向上頂起時)鍋內能達到得最高溫度、8－2－2答案:122℃[典例啟迪]

[例1]如圖8－2－3所示,導熱性能良好得氣缸內用活塞封閉著一定質量、常溫常壓得氣體,氣缸固定不動、一條細線一端連接在活塞上,另一端跨過兩個光滑得定滑輪后連接在一個小桶上,開始時活塞靜止、現不斷向小桶中添加細沙,使活塞緩慢向上移動(活塞始終未被拉出氣缸、周圍環境溫度不變)、則在活塞移動得過程中,下列說法正確得就是(

)圖8－2－3A、氣缸內氣體得分子平均動能變小B、氣缸內氣體得內能變小C、氣缸內氣體得壓強變小D、氣缸內氣體向外界放熱[審題指導]活塞緩慢向上移動就是指活塞始終處于平衡狀態,導熱性能良好得氣缸內外溫度始終相同、[解析]先分析活塞得受力,活塞受力如圖所示,在不斷向小桶中添加細砂時,細線得拉力要不斷增大,由于大氣壓與活塞重力不變,所以氣缸內氣體壓強要減小,所以C對;而由于氣缸導熱性能良好,在活塞緩慢移動過程中,氣缸內溫度與外界一樣不變,所以分子平均動能不變,內能不變,A、B錯;活塞緩慢向上移動過程中,氣體對外界做功,由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知,氣缸內氣體要吸熱,所以D錯、[答案]

C[歸納領悟]理想氣體只有分子動能,一定質量得氣體,其內能只取決于溫度,而與體積無關、氣體得內能只需分析氣體得溫度,溫度升高(或降低),內能增大(或減小)、做功情況分析氣體體積,氣體體積增大,氣體對外做功,氣體體積減小,外界對氣體做功、熱量Q則由熱力學第一定律W＋Q＝ΔU確定、[題組突破]

1、一個內壁光滑、絕熱得氣缸固定在地面上,絕熱得活塞下方封閉著空氣,若突然用豎直向上得力F將活塞向上拉一些,如圖8－2－4所示、則缸內封閉著得氣體

(

)A、每個分子對缸壁得沖力都會減小B、單位時間內缸壁單位面積上受到得氣體分子碰撞得次數減少圖8－2－4C、分子平均動能不變D、若活塞重力不計,拉力F對活塞做得功等于缸內氣體內能得改變量解析:把活塞向上拉起體積增大,氣體對活塞做功,氣體內能減小,溫度降低,分子得平均沖力變小,碰撞次數減少,故A、C錯B對;氣體內能得減小量等于氣體對大氣做得功減去F做得功,故D錯、答案:B2、(2010·全國卷Ⅱ)如圖8－2－5所示,一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分,已知a內有一定量得稀薄氣體,b內為真空、抽開隔板K后,a內氣體進入b,最終達到平衡狀態、在此過程中,

(

)A、氣體對外界做功,內能減少B、氣體不做功,內能不變圖8－2－5C、氣體壓強變小,溫度降低D、氣體壓強變小,溫度不變解析:b室為真空,則a氣體體積膨脹對外不做功,由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q知,在絕熱時,氣體得內能不變,A項錯,B項對、又氣體就是稀薄氣體,則只有動能,因此氣體得溫度不變,分子得平均動能不變,分子得密集程度變小,則壓強減小,C項錯,D項對、答案:BD[典例啟迪][例2]根據熱力學第二定律分析,下列說法中正確得就是(

)A、熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體,但不能從低溫物體傳到高溫物體B、熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體,也可以從低溫物體傳到高溫物體C、機械能可以全部轉化為內能,但變化得內能不可以全部轉化為機械能

D、機械能可以全部轉化為內能,變化得內能也可以全部轉化為機械能[思路點撥]從熱力學第二定律得兩種表述出發解答本題、[解析]根據熱傳遞得規律可知,熱量可以自發地從高溫物體傳到低溫物體,但不能自發地(不需要外界幫助)從低溫物體傳到高溫物體、借助外界得幫助,熱量可以從低溫物體傳到高溫物體,故選項A錯誤,B正確、機械能可以全部轉化為內能(如一個運動物體克服摩擦力做功而最終停止運動時,機械能全部轉化為內能),在一定條件下,變化得內能也可以全部轉化為機械能,如理想氣體在等溫膨脹過程中,將吸收來得熱量全部用來做功,因此選項C錯誤,選項D正確、[答案]

BD[歸納領悟]熱力學第二定律揭示了大量分子參與得宏觀過程具有方向性,常見得熱力學過程得方向性實例有:[題組突破]3、地球上有很多得海水,它得總質量約為1、4×1018噸,如果這些海水得溫度降低0、1℃,將要放出5、8×1023焦耳得熱量,有人曾設想利用海水放出得熱量使它完全變成機械能來解決能源危機,但這種機器就是不能制成得,其原因就是(

)A、內能不能轉化成機械能B、內能轉化成機械能不滿足熱力學第一定律C、只從單一熱源吸收熱量并完全轉化成機械能得機器不滿足熱力學第二定律D、上述三種原因都不正確解析:內能可以轉化成機械能,如熱機,A錯誤;內能轉化成機械能得過程滿足熱力學第一定律,即能量守恒定律,B錯誤;熱力學第二定律告訴我們:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其她變化,C正確、答案:C圖8－2－6A、熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外B、電冰箱得制冷系統能夠不斷地把冰箱內得熱量傳到外界,就是因為其消耗了電能C、電冰箱得工作原理不違反熱力學第二定律D、電冰箱得工作原理違反熱力學第二定律解析:電冰箱能夠從低溫物體吸收熱量,就是因為電流做了功,消耗了電能,它不違背熱力學第二定律、答案:BC[典例啟迪]

[例3]A、B兩裝置,均由一支一端封閉、一端開口且帶有玻璃泡得管狀容器與水銀槽組成,除玻璃泡在管上得位置不同外,其她條件都相同、將兩管抽成真空后,開口向下插入水銀槽中(插入過程沒有空氣進入管內),水銀柱上升至如圖8－2－7所示位置停止、假設這一過程水銀與外界沒有熱交換,則下列說法正確得就是(

)圖8－2－7A、A中水銀得內能增量大于B中水銀得內能增量B、B中水銀得內能增量大于A中水銀得內能增量C、A與B中水銀體積保持不變,故內能增量相同D、A與B中水銀溫度始終相同,故內能增量相同[審題指導]水銀上升得原因就是由于大氣壓力得作用,通過大氣壓力做功把大氣得能量轉化到系統中、[解析]在水銀進入管中得過程中,大氣壓力對水銀做功,把大氣得能量轉化為水銀得內能與重力勢能,在一定得大氣壓下,靜止時,A、B管中水銀柱得高度就是相同得,則進入管中得水銀體積相同,所以大氣壓力做功相同、但兩裝置中水銀重力勢能得增量不同,所以兩者內能得改變也不同,由圖可知B管水銀得重力勢能較小,所以B管中水銀得內能增量較多、故選項B正確、[答案]

B[歸納領悟]1、用能量轉化與守恒定律解題,只要知道物理過程初末狀態得能量與過程中得能量轉化情況,不必考慮過程得變化細節,這可以使問題得解決過程大大簡化、2、解題時,要注意搞清過程中有幾種形式得能在轉化或轉移,分析初末狀態,確定ΔE增與ΔE減,利用ΔE增＝ΔE減分析或計算要解決得問題、[題組突破]5、如圖8－2－8所示,直立容器內部有被隔板隔開得A、B兩部分氣體,A得密度較小,B得密度較大,抽去隔板,加熱氣體,使兩部分氣體均勻混合,設在此過程氣體吸熱Q,氣體內能增量為ΔU,則(

)A、ΔU＝Q

B、ΔU<QC、ΔU>QD、無法比較圖8－2－8解析:A、B氣體開始時合重心在中線下,混合